一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法

一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法，油氣井充填系統包括油氣井井壁和下入油氣井內的入井管串，入井管串與井壁之間形成一個環空；所述入井管串上設置有至少一個可控制流通裝置。應用該系統可以實現在整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。具體方法包括（1）可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段，（2）可控制流通裝置關閉階段，和（3）半滲封隔環完全建立階段。本發明所述系統有助于在有控流過濾器管柱的情況下，致密且完整的半滲封隔環的建立，提高半滲封隔環建立的成功率，從而達到半滲封隔控流技術要求的封隔效果。
【專利說明】一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法
[0001]
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法，屬于石油和天然氣開采領域。這里的油氣井是指油氣田開發中廣義的生產井，包括油井、氣井、天然氣井、注入井、注蒸汽熱采井、蒸汽吞吐井、蒸汽注入井、深井和超深井等，特別是水平井和大斜度井。
【背景技術】
[0003]1、油氣井需要分段控流:
在同一口井中，由于地層間的滲透率沿油氣井生產段軸向的差異很大，油水間的粘度差很大，這就導致了水會沿著滲透率高的地層提前進入井筒，并迅速充滿井筒的大部分空間，使油氣井產液的含水率大幅度升高，油產量大幅度下降。例如某油氣井的生產段為300米，滲透率高的生產段長30米，地層間滲透率相差3倍，地層中的油水的粘度比相差100倍，當地層水沿著滲透率高的地層提前進入井筒后，該井產液的含水率會迅速升至95%以上，日產油量降至未出水時日產油量的1/3。上述問題給油田生產帶來了巨大的經濟損失。
[0004]為了解決上述問題，油氣井需要分段控流技術。分段控流技術是將油氣井的生產段分隔成若干個獨立的生產區間，每個生產區間都有控流裝置進行可控限流。分段控流技術顯著地減緩了地層水的局部快速推進，提高了產油量；即使在油氣井出水后，分段控流技術也能有效限制地層水產出量急劇上升，減小日產油量下降幅度。如前段所述井況的油氣井，在油井見水后，分段控流技術可以將產液含水率控制在60%以下，日產油量可達到未出水時日產油量的85%以上。
[0005]同樣，對于氣頂油藏、注氣井和蒸汽驅井，由于油氣間的粘度差非常大，極易在高滲透段形成氣錐，或氣竄或汽竄，產生上述類似的問題。
[0006]2、目前油氣井中應用的分段控流方式:
目前，油氣井中分段控流的獨立流動單元是依靠下入封隔器實現的，限流是依靠控流過濾器管柱；利用封隔器將油氣井的生產段封隔成多個相對獨立的生產區間，結合控流過濾器的限流作用，實現油氣井的分段控流。
[0007]分段控流技術包含兩個要素:分段和控流，兩者缺一不可。如果油氣井內只下入控流過濾器，不使用封隔器進行分段，那么提前進入井筒的地層水會沿著井筒軸向竄流，地層水會迅速占據井筒內的絕大部分空間，仍然會使油氣井產液的含水率大幅度上升，導致油產量大幅度下降，最終穩油控水失敗。
[0008]3、目前分段控流技術使用封隔器分段存在的問題:
目前經常使用的封隔器是遇液膨脹封隔器，遇液膨脹封隔器在以下幾種井況是無法實施有效封隔的:
(O已實施套管射孔的油氣井，其水泥環中存在竄槽；
(2)已實施篩管完井的油氣井；篩管和井壁之間存在類似竄槽的軸向流動通道； (3)已下入多孔管的油氣井；多孔管與井壁之間存在類似竄槽的軸向流動通道；
(4)井下管柱有變形，但其變形不影響控流過濾器入井，但是遇液膨脹封隔器無法下入。
[0009]另外，使用遇液膨脹封隔器的油氣井，由于膨脹后的封隔器與井壁間巨大的摩擦力，因此在遇液膨脹封隔器膨脹以后無法將井下管柱拔出。
[0010]4、半滲封隔控流技術:
半滲封隔控流技術是解決使用封隔器進行分段控流所存在問題的一種潛在技術(或在研技術)。針對以上使用封隔器進行分段控流所存在的問題， 申請人:進行了長期的半滲封隔控流技術的研究，以解決封隔器在分段控流方面存在的問題。
[0011]半滲封隔控流技術是先向油氣井中下入控流過濾器管柱，在控流過濾器管柱與井壁之間存在環空(上述環空是廣義的環空，它不僅包括控流過濾器管柱與外管柱或井壁之間的環空，還包括水泥環竄槽、篩管與井壁間的環空、多孔管與井壁間的環空等)，然后再向上述環空中充填顆粒介質，并充填緊實形成半滲封隔環。這種半滲封隔環具有軸向流動阻力很大，而徑向流動阻力很小的特性，不影響生產。
[0012]之所以稱之為半滲封隔環，是因為所述的充填環徑向滲流能力很強，軸向滲流能力幾乎沒有，也就是一半的方向有滲流能力，一半的方向有滲流能力 申請人:稱之為半滲。半滲封隔環將油氣井軸向封隔成了許多相對獨立的生產區間，再結合控流過濾器的控流作用，就實現了分段控流。其井內結構見圖1、圖2。
[0013]圖1為水平井應用半滲封隔控流技術進行分段控流示意圖。
[0014]圖2為直井應用半滲封隔控流技術進行分段控流示意圖。
[0015]圖1和圖2中，包括井壁I，井壁外，包括高滲透地層區10和低滲透地層區20。井壁內安裝有控流過濾器管柱2，井壁和控流過濾器管柱之間的環空為由孔隙介質組成的半滲封隔環3 ;半滲封隔環頂端由懸掛封隔器4封閉。
[0016]5、半滲封隔控流技術在研究中過程中發現的問題:
比如水平段長度達到100米以上時，由于控流過濾器管柱的限流作用導致每根控流過濾器上的流量很小，充填結束后，在控流過濾器管柱的最趾端或者中間部位存在一定的空缺，如圖3所示，圖3中，3-1和3-2分別為形成的兩個空缺，或者投產一定時間后，在整個水平段井筒的上部存在軸向竄槽，如圖4示，圖4中，4-1為形成的溝槽或串槽。這樣無法形成有效的軸向封隔環；導致半滲封隔環封隔失效，半滲封隔環的目的將油氣井的生產段軸向封隔成了許多相對獨立的生產區間，無法實現，半滲封隔控流技術整體失效。
[0017]說明:對于其他油氣井，也存在上述所述的問題。

【發明內容】

[0018]本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種新的油氣井充填系統及該系統的應用方法，所述系統有助于在有控流過濾器管柱的情況下，致密且完整的半滲封隔環的建立，提高半滲封隔環建立的成功率，從而達到半滲封隔控流技術要求的封隔效果。
[0019]為解決上述問題，本發明采用如下技術方案:
本發明提供了一種新的油氣井充填系統，油氣井充填系統包括油氣井井壁和下入油氣井內的入井管串，所述入井管串靠近井口一端和井壁之間固定連接，入井管串與井壁之間形成一個環空；所述入井管串上設置有至少一個可控制流通裝置。
[0020]優選的，所述可控制流通裝置安裝于入井管串上對應于油氣井最趾端的位置。
[0021]進一步優選的，所述入井管串為安裝有具有限流作用的控流過濾器的管串。
[0022]更優選的，一個可控制流通裝置的流量是單個控流過濾器流量的2倍以上。
[0023]所述可控制流通裝置具有兩個狀態:
(1)打開狀態:在初始充填時，可控制流通裝置處于打開狀態，從而能引導一定量攜帶有充填顆粒的流體到達可控制流通裝置部位即油氣井的最趾端；
(2)關閉狀態:其實現關閉的方式主要有兩種，一種是在可控制流通裝置內組裝開關設備(說明:此種可控制流通裝置本專利中不做詳細說明)，或者是在可控制流通裝置外部實現關閉(說明:本專利中主要應用此種可控制流通裝置)。
[0024]可控制流通裝置內組裝開關設備方式為下列兩種中的任一一種:
1)可控制流通裝置內部安裝電子或機械的開關控制器或者通過液壓作用，延時關閉或定時關閉可控制流通裝置內外的流通通道；
2)可控制流通裝置內組裝封隔器，延時關閉可控制流通裝置內外的流通通道；所述封隔器為遇液膨脹封隔器。
[0025]在可控制流通裝置外部實現關閉的方式為所述可控制流通裝置設置有一個顆粒攔截器，可控制流通裝置由顆粒攔截器和流動通道構成；通過匹配可控制流通裝置內顆粒攔截器的孔隙或縫隙與被攔截顆粒的粒徑，顆粒攔截器會阻止被攔截顆粒進入可控制流通裝置的內部，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒也就不能進入可控制流通裝置內，而在可控制流通裝置及被攔截顆粒的外圍堆積，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量逐漸降為0，可控制流通裝置關閉。可控制流通裝置中的顆粒攔截器內部設置有攔截被攔截顆粒的裝置。
[0026]攔截被攔截顆粒的裝置包含有起過濾作用的部件，如金屬網、縫板、繞絲套或預充填套。
[0027]可控制流通裝置的流動通道為下列方式中的任一一種:
(O由專門的流量調節裝置構成的控流裝置；
(2)設置于基管上的一個或多個小孔，通過小孔的孔徑和數量來調節流量；
(3)—個或多個具有一定深度和截面積的孔道，孔道的前部或者后部可組裝用于節流的小件，如噴嘴，孔板，擋板等。
[0028]所述被攔截顆粒具有下列特征:(1)粒徑大小可以根據需要進行調整。(2)密度:和充填攜帶液密度偏差在±0-0.5g/cm3以內；(3)顆粒外形:圓形或其它如:如纖維狀，羽毛狀，片狀等不規則形狀；(4)實心或空心；
被攔截顆粒的來源有下列任--種方式:(I)充填顆粒本身作為被攔截顆粒；(2)在充
填顆粒中混有一定比例的專用被攔截顆粒；(3)適當時候，往充填攜帶液中加入一定量的專用被攔截顆粒。專用被攔截顆粒的過濾尺寸大于充填顆粒。
[0029]本發明同時公開了所述的新的油氣井充填系統的應用方法，應用該系統在整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
[0030] 具體包括下列步驟: (I)可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段:由于一個可控制流通裝置的流量相對于單個控流過濾器的2倍以上，充填開始時，除了部分充填攜帶液通過控流過濾器進入井管串的管柱內，返回井口，還有一定量的充填流體被可控制流通裝置引導流向油氣井的最趾端，充填顆粒就會沿著油氣井鋪一個充填顆粒砂床，一直鋪到油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位，從而整個油氣井中形成充填顆粒砂床。
[0031 ] (2)可控制流通裝置關閉階段:充填顆粒砂床形成后，可控制流通裝置的顆粒攔截器會攔截被攔截顆粒進入可控制流通裝置的內部，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒不能進入可控制流通裝置內，在可控制流通裝置的外表面進行堆積，由于顆粒堆積會產生一定的滲流阻力，根據滲流力學的原理，隨著充填顆粒在可控制流通裝置的外圍堆積充填顆粒厚度的增加，滲流阻力增加，通過可控制流通裝置的流量就逐漸減小；當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，可控制流通裝置上就幾乎沒有充填流體通過，可控制流通裝置關閉。
[0032](3)半滲封隔環完全建立階段:可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器的流量攜帶下，從油氣井最趾端的可控制流通裝置部位開始沿著新的油氣井充填系統管串向最跟端依次填滿井筒中充填顆粒砂床的未占據的空間，整個充填顆粒砂床的未占據的空間就全部填滿充填顆粒，從而在整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
[0033]本發明中為了更好說明一種新的油氣井充填系統有助于半滲封隔環的建立，把具體的實現過程分成了上述三個階段，在實際過程中可能不是這樣的絕對和明顯。有時可能會出現可控制流通裝置流量逐漸減小時，已經鋪好的充填顆粒砂床隨著流量的減小逐漸加厚，也即又在原有充填顆粒砂床的基礎上再鋪一層充填顆粒，從而加厚了充填顆粒砂床的高度。所以上述的三個階段不是絕對的。
[0034]本發明有助于在有控流過濾器管柱的情況下，致密且完整的半滲封隔環的建立，提高半滲封隔環建立的成功率，從而達到半滲封隔控流技術要求的封隔效果。
[0035]本發明提出的一種新的油氣井充填系統，主體結構是控流過濾器管串的最趾端組裝可控制流通裝置。
[0036]這里要說明兩點:
(I) 一種新的油氣井充填系統中，入井管串上對應油氣井最IE止端最少有Iv可控制流通裝置，也可按照需要在對應油氣井的合適位置串接一個或多個可控制流通裝置。本發明中以對應油氣井最趾端組裝一個可控制流通裝置為例說明，油氣井其他部位有可控制流通裝置時可以同理類推。
[0037](2)同油氣井其它充填系統一樣，充填作業時入井管串上可能還連接有阻止充填顆粒沿井筒往上運移的裝置，如封隔器，懸掛器等，屬于本【技術領域】的公知內容，這里不再進行說明。
[0038]可控制流通裝置有兩個明顯的特征:
(I)打開狀態:在初始充填時，可控制流通裝置處于打開狀態，從而能引導一定量攜帶有充填顆粒的流體到達可控制流通裝置部位即油氣井的最趾端。
[0039](2)關閉狀態:其實現關閉的方式主要有兩種，一種是在可控制流通裝置內組裝某種專用開關設備，例如:
I)可控制流通裝置內部安裝專門的電子或機械的開關控制器或者通過液壓作用，延時關閉或定時關閉可控制流通裝置內外的流通通道。
[0040]2)可控制流通裝置內組裝封隔器，延時關閉可控制流通裝置內外的流通通道。如遇液膨脹封隔器等。
[0041]另一種是在可控制流通裝置外部實現關閉，具體原理如下:可控制流通裝置上有顆粒攔截器，顆粒攔截器具有攔截一定粒徑顆粒的功能。當顆粒攔截器孔徑與顆粒粒徑匹配合適時，顆粒逐漸會被攔截住或者完全被攔截住。當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒不能進入可控制流通裝置內，在可控制流通裝置的外表面進行堆積，由于顆粒堆積會產生一定的滲流阻力，根據滲流力學的原理，隨著充填顆粒在可控制流通裝置的外圍堆積充填顆粒厚度的增加，滲流阻力增加，通過可控制流通裝置的流量就逐漸減小；當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，可控制流通裝置上幾乎沒有充填流體通過，可控制流通裝置關閉。從而實現關閉可控制流通裝置內外流通通道的目的。
[0042]本發明提出的一種新的油氣井充填系統，在有控流過濾器管柱的情況下，有助于實現致密且完整的半滲封隔環的建立。
[0043]本發明提供的可控制流通裝置的結構:
(I)可控制流通裝置上設置有顆粒攔截器，所述顆粒攔截器內包含有起過濾作用的部件:比如金屬網，縫板，預充填套，繞絲套等等。該部件具有一定的孔隙或縫隙，其孔隙或縫隙的大小可在一定范圍內調節。顆粒攔截器的具體形式可以是，但不局限于下列幾種形式:
I)縫板:其中縫寬是可選擇的過濾尺寸。
[0044]2)金屬網:根據金屬絲的直徑和編織方式的不同，其孔徑是可選擇的過濾尺寸。
[0045]3)繞絲套:根據待纏繞金屬絲的直徑和和繞絲距離方式，待纏繞金屬絲之間的間隙是可選擇的過濾尺寸。
[0046]4)預充填套:兩個縫套之間充填一定的介質，比如礫石,金屬棉等,其內部預充填介質之間的孔隙可以根據預充填介質的粒徑，金屬棉孔徑來調節。
[0047]顆粒攔截器有下述兩個方面的特征:
O顆粒攔截功能:通過匹配顆粒攔截器內過濾部件的孔隙或縫隙與要通過顆粒的大小，實現顆粒的攔截和不攔截的功能。
[0048]2)關閉功能:當大量的充填顆粒在顆粒攔截器的外表面堆積，堆積到一定厚度時，根據滲流原理，沿充填流體的流動方向通過顆粒攔截器的流量就逐漸減少，直到流量幾乎為0，顆粒攔截器關閉。
[0049](2)可控制流通裝置上設置有孔道或裝置，用來設定一定的流量需求。由于控流過濾器的限流作用，單根控流過濾器的流量很小，而可控制流通裝置的流量可以按照要求設定，同樣條件下，一個可控制流通裝置的流量可以達到一個控流過濾器2倍以上甚至更大。
[0050]可控制流通裝置的流動通道可以是，但不局限于下列幾種形式:
(1)控流裝置，專門的流量調節裝置；
(2)—個或多個一定孔徑的小孔，通過孔徑和數量的不同來調節流量；
(3)—個或多個一定深度和截面積的孔道，孔道的前部或者后部可組裝用于節流的小件，如噴嘴，孔板，擋板等。[0051]被攔截顆粒的特征:
(I)粒徑大小可以根據需要進行調整。(2)密度:和充填攜帶液密度偏差在±0-0.5g/cm3以內；(3)顆粒外形:圓形或其它如:如纖維狀，羽毛狀，片狀等不規則形狀；(4)實心或空心。
[0052]被攔截顆粒的來源有如下三種方式:
(O以充填顆粒作為被攔截顆粒，此時充填顆粒粒徑與可控制流通裝置顆粒攔截器的孔隙或縫隙相匹配。整個油氣井井筒中形成均勻的充填顆粒砂床后，隨著充填作業的繼續進行，大量的充填顆粒到達油氣井最趾端的可控制流通裝置部位，這時充填顆粒中粒徑較大的充填顆粒即被攔截顆粒不能通過可控制流通裝置的顆粒攔截器，即被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙，充填顆粒也就不能進入可控制流通裝置內，而在可控制流通裝置的外表面形成堆積，隨著堆積層的加厚，可控制流通裝置的流量就會逐漸減小，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為0，可控制流通裝置關閉。
[0053](2)在充填顆粒中混合一定比例的被攔截顆粒。當充填顆粒砂床到達整個油氣井的最趾端即可控制流通裝置部位后，充填顆粒中的被攔截顆粒不能通過可控制流通裝置的顆粒攔截器，當顆粒攔截器的孔隙或縫隙被被攔截顆粒擋住后、充填顆粒就不能通過可控制流通裝置，而在可控制流通裝置外堆積，隨著充填顆粒堆積層的加厚，可控制流通裝置的流量逐漸減少，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為0，可控制流通裝置關閉。
[0054](3)在充填作業時，當已泵入井筒充填顆粒的數量占預計整個井筒要泵入充填顆粒數量的一定比例時，往充填攜帶液中添加被攔截顆粒。當充填顆粒砂床到達油氣井最趾端時，充填攜帶液中的被攔截顆粒也能延期一段時間內達到油氣井的最趾端。被攔截顆粒一旦到達油氣井最趾端的可控制流通裝置部位時，被攔截顆粒不能通過可控制流通裝置的顆粒攔截器，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒就不能通過可控制流通裝置，而在可控制流通裝置外堆積，隨著充填顆粒堆積層的加厚，可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，可控制流通裝置的流量逐漸減少，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為0，可控制流通裝置關閉。
[0055]本發明的優點:
(I)應用本發明提出的一種新的油氣井充填系統進行充填時，有助于整個油氣井能形成完整且致密的半滲封隔環，從而保證半滲封隔控流技術的封隔效果。
[0056](2) —種新的油氣井充填系統在實際施工應用中，只需在控流過濾器管串的尾端增加可控制流通裝置，無需額外增加新的施工工序或者施工工具。成本低，操作簡單，可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1為水平井應用半滲封隔控流技術進行分段控流示意圖。
[0058]圖2為直井應用半滲封隔控流技術進行分段控流示意圖。
[0059]圖3為充填結束后，在控流過濾器管柱的最趾端或者中間部位存在一定的空缺。
[0060]圖4為投產一定時間后，在整個水平段井筒的上部存在軸向竄槽。[0061]圖5為本發明充填管串結構示意圖。
[0062]圖6為充填過程中，可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段。
[0063]圖7為充填過程中，整個油氣井中全部鋪滿充填顆粒砂床。
[0064]圖8為充填過程中，可控制流通裝置外部被顆粒充填滿而關閉。
[0065]圖9為充填結束后，整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
[0066]圖10為充填結束后，可控制流通裝置的顆粒攔截器的外圍有被攔截顆粒，整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
[0067]圖11為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由縫套組成，流通通道為控流裝置。
[0068]圖12為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由縫套組成，流通通道為基管上設置有已設計流量的孔道。
[0069]圖13為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由縫套組成，流通通道為基管內部深孔，深孔的內表面焊接過濾網。
[0070]圖14為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由金屬網組成。
[0071]圖15為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由繞絲套組成。
[0072]圖16為可控制流通裝置中，顆粒攔截器由預充填套組成。
【具體實施方式】
[0073]實施例1
如圖5所示，本發明提供了一種新的油氣井充填系統，油氣井充填系統包括油氣井井壁和下入油氣井內的入井管串，所述入井管串為安裝有具有限流作用的控流過濾器5-2的管串。入井管串與井壁之間形成一個環空；所述入井管串上設置有至少一個可控制流通裝置 5-1。
[0074]所述可控制流通裝置安裝于油氣井最趾端的入井管串上。
[0075]所述可控制流通裝置具有兩個狀態:
(I)打開狀態:在初始充填時，可控制流通裝置處于打開狀態，從而能引導一定量攜帶有充填顆粒的流體到達可控制流通裝置部位即油氣井的最趾端；(2)關閉狀態:
一種新的油氣井充填系統主體部分包括:
(I)可控制流通裝置:可控制流通裝置由顆粒攔截器和流動通道構成；如圖11所示，顆粒攔截器由縫套11-1組成，流通通道為專門的控流裝置11-2。
[0076]由縫套組成顆粒攔截器，縫寬為0.3_，入井管串對應油氣井的最趾端組裝一個可控制流通裝置。
[0077](2)控流過濾器，過濾精度0.15mm。
[0078](3)被攔截顆粒同充填顆粒，比重為1.05g/cm3,平均粒徑為0.15mm的圓形實心顆粒，其中最大粒徑約0.3mm的,最小粒徑約0.05mm。
[0079](4)充填攜帶液,清水,密度1.0 g/cm3。
[0080]實施過程:
(I)可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段:如圖6所示，圖6中，6-1為正在形成的充填顆粒砂床。即在整個油氣井中形成充填顆粒砂床階段。充填顆粒沿著油氣井不斷向前鋪一個充填顆粒砂床，一直到充填顆粒砂床鋪到油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位。從而整個油氣井中形成充填顆粒砂床。如圖7所示，圖7中，7-1為已經形成的充填顆粒砂床。
[0081](2)可控制流通裝置關閉階段:以充填顆粒作為被攔截顆粒，充填顆粒砂床鋪到油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位后，可控制流通裝置攔截住充填顆粒中粒徑較大的充填顆粒(即被攔截顆粒)進入可控制流通裝置內，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙，充填顆粒不能進入可控制流通裝置內，就在可控制流通裝置的外表面進行堆積，由于顆粒堆積會產生一定的滲流阻力，根據滲流力學的原理，隨著充填顆粒在可控制流通裝置的外圍堆積充填顆粒厚度的增加，滲流阻力增加，通過可控制流通裝置的流量就逐漸減小；當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，可控制流通裝置上就幾乎沒有充填流體通過，可控制流通裝置關閉；如圖8所示，圖8中，8-1為充填過程中，可控制流通裝置關閉。
[0082](3)半滲封隔環完全建立階段:可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器的流量攜帶下，從油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位開始沿著新的油氣井充填系統管串向最跟端依次填滿井筒中充填顆粒砂床未占據的空間，整個充填顆粒砂床的未占據的空間就全部填滿充填顆粒，從而在整個油氣井中形成致密的完整的半滲封隔環。如圖9所示，圖9中，9-1為完整且致密的半滲封隔環。
[0083]實施例2
一種新的油氣井充填系統主體部分包括:
(I)可控制流通裝置:可控制流通裝置由顆粒攔截器和流動通道構成；如圖12所示，圖12為顆粒攔截器由縫套12-1組成，流通通道為基管上設置有已設計流量的孔道12-2。
[0084]由縫套組成顆粒攔截器，縫寬0.5mm,圖12中，12_2為基管上已設計流量的孔道。入井管串對應油氣井的最趾端組裝一個可控制流通裝置。
[0085](2)被攔截顆粒:顆粒比重為1.0g/ cm3，平均粒徑為0.4mm的實心圓形顆粒，其中最大粒徑約0.6mm,最小粒徑約0.2mm。
[0086](3)充填顆粒:比重為1.0g/cm3,平均粒徑為0.15mm的圓形實心顆粒；其中最大粒徑約0.3mm的，最小粒徑約0.05mm。
[0087](4)控流過濾器，過濾精度0.15mm。
[0088](5)充填攜帶液，清水，密度1.0 g/cm3。
[0089]實施過程:
(I)可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段:即在整個油氣井中形成充填顆粒砂床階段。充填顆粒沿著油氣井不斷向前鋪一個充填顆粒砂床，一直到充填顆粒砂床鋪到油氣井最趾端的可控制流通裝置部位，從而整個油氣井中形成充填顆粒砂床。
[0090](2)可控制流通裝置關閉階段:在充填顆粒中混合一定比例如1%的被攔截顆粒。當充填顆粒砂床到達整個油氣井的最趾端即可控制流通裝置部位后，充填顆粒中的被攔截顆粒不能通過可控制流通裝置的顆粒攔截器，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒就不能通過可控制流通裝置，而在可控制流通裝置外堆積，隨著充填顆粒堆積層的加厚，可控制流通裝置的流量逐漸減少，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為O，可控制流通裝置關閉。
[0091](3)半滲封隔環完全建立階段:可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器的流量攜帶下，從油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位開始沿著新的油氣井充填系統管串向最跟端依次填滿井筒中充填顆粒砂床未占據的空間，整個充填顆粒砂床的未占據的空間就全部填滿充填顆粒，從而在整個油氣井中形成致密的完整的半滲封隔環。保證半滲封隔環的封隔效果，也即保證了半滲封隔控流技術的分段和控流的效果。
[0092]圖10中，10-1為完整且致密的半滲封隔環，10-2為可控制流通裝置(即油氣井的最趾端)附近的被攔截顆粒，保證半滲封隔環的封隔效果，也即保證了半滲封隔控流技術的分段和控流的效果。
[0093]實施例3
一種新的油氣井充填系統主體部分包括:
(I)可控制流通裝置:可控制流通裝置由顆粒攔截器和流動通道構成；如圖13所示，顆粒攔截器由縫套組成，縫寬約0.5_，流通通道為基管內部布置的深孔13-2。
[0094]如圖13所示，基管內部布置深孔13-2，入井管串對應油氣井的最趾端組裝一個可控制流通裝置。
[0095](2)被攔截顆粒:顆粒比重為1.0g/ cm3，平均粒徑為0.4mm的實心圓形顆粒，其中最大粒徑約0.6mm,最小粒徑約0.2mm。
[0096](3)充填顆粒:比重為1.05g/cm3,平均粒徑為0.15mm的圓形實心顆粒。被攔截顆粒擋住，其中最大粒徑約0.3mm的,最小粒徑約0.05mm。
[0097](4)控流過濾器，過濾精度0.15mm。
[0098](5)充填攜帶液，清水，密度1.0 g/cm3。
[0099]實施過程:
(I)可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段:即在整個油氣井中形成充填顆粒砂床階段。充填顆粒沿著油氣井不斷向前形成一個充填顆粒砂床，一直到充填顆粒砂床鋪到油氣井最趾端的可控制流通裝置部位，從而整個油氣井中形成充填顆粒砂床。
[0100](2)可控制流通裝置關閉階段:當已泵入井筒充填顆粒的數量占預計整個井筒中要泵入充填顆粒數量的一定比例如80%時，往充填攜帶液中添加被攔截顆粒。當充填顆粒砂床到達油氣井最趾端時，充填攜帶液中的被攔截顆粒會延期一定時間如15分鐘到達油氣井的最趾端。此時返回液中有部分充填顆粒。被攔截顆粒一旦到達油氣井最趾端的可控制流通裝置部位時，可控制流通裝置會攔截住被攔截顆粒，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒就不能通過可控制流通裝置，而在可控制流通裝置外堆積，隨著充填顆粒堆積層的加厚，可控制流通裝置的流量逐漸減少，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為0，可控制流通裝置關閉。
[0101](3)半滲封隔環完全建立階段:可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器的流量攜帶下，從油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位開始沿著新的油氣井充填系統管串向最跟端依次填滿井筒中充填顆粒砂床未占據的空間，整個充填顆粒砂床的未占據的空間就全部填滿充填顆粒，從而在整個油氣井中形成致密的完整的半滲封隔環。保證半滲封隔環的封隔效果，也即保證了半滲封隔控流技術的分段和控流的效果。
[0102]上述的3個實施例中可控制流通裝內顆粒攔截器的過濾部件都是縫板形成的縫套，也可以用其他的過濾部件替換，比如:金屬網，繞絲套，預充填套等，如圖14、圖15和圖16所示，都屬于本專利的保護范圍。圖14為顆粒攔截器由金屬網組成，圖14中，14-1為由金屬網組成的顆粒攔截器，14-2為基管上已設計流量的孔道；圖15為顆粒攔截器由繞絲套組成，圖15中，15-1為由繞絲套組成的顆粒攔截器，15-2為基管上已設計流量的孔道；圖16為顆粒攔截器由預充填套組成，圖16中，16-1為由預充填套組成的顆粒攔截器，16-2為基管上已設計流量的孔道。
[0103]通過實驗室的實際實驗效果，充分證明了，在充填過程中，管串的最趾端有可控制流通裝置時，整個300米的油氣井先形成一層一定高度的充填顆粒砂床，當井筒中可控制流通裝置即油氣井的最趾端鋪上充填顆粒砂床后，隨著充填的繼續進行，可控制流通裝置會引導充填攜帶液及被攔截顆粒到達可控制流通裝置即油氣井的最趾端，當被攔截顆粒到達可控制流通裝置即油氣井的最趾端時，會被可控制流通裝置內的顆粒攔截器攔截住，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒就不能通過可控制流通裝置，而在可控制流通裝置外堆積，隨著充填顆粒堆積層的加厚，可控制流通裝置的流量逐漸減少，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎為0，可控制流通裝置關閉。可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器流量的攜帶下逐漸鋪滿整個充填顆粒砂床未占據的空間，從而建立一個完整且致密的半滲封隔環。每次的充填率都達到100%，充填成功率也是100%，不用再擔心充填顆粒在油氣井的中間某個位置形成堵塞，造成整個油氣井中有空缺的現象。
[0104]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種新的油氣井充填系統，油氣井充填系統包括油氣井井壁和下入油氣井內的入井管串，入井管串與井壁之間形成一個環空；其特征在于:所述入井管串上設置有至少一個可控制流通裝置。
2.如權利要求1所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:所述可控制流通裝置安裝于入井管串上對應于油氣井最趾端的位置。
3.如權利要求2所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:所述入井管串為安裝有具有限流作用的控流過濾器的管串。
4.如權利要求3所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:一個可控制流通裝置的流量是單個控流過濾器流量的2倍以上。
5.如權利要求4所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:所述可控制流通裝置具有兩個狀態: (1)打開狀態:在初始充填時，可控制流通裝置處于打開狀態，從而能引導一定量的攜帶有充填顆粒的流體到達可控制流通裝置部位即油氣井的最趾端； (2)關閉狀態:其實 現關閉的方式主要有兩種，一種是在可控制流通裝置內組裝開關設備，或者是在可控制流通裝置外部實現關閉； 如權利要求5所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:可控制流通裝置內組裝開關設備方式為下列兩種中的任種: (1)可控制流通裝置內部安裝電子或機械的開關控制器或者通過液壓作用，延時關閉或定時關閉可控制流通裝置內外的流通通道； (2)可控制流通裝置內組裝封隔器，延時關閉可控制流通裝置內外的流通通道；所述封隔器為遇液膨脹封隔器。
6.如權利要求4所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:在可控制流通裝置外部實現關閉的方式為所述可控制流通裝置設置有顆粒攔截器，可控制流通裝置由顆粒攔截器和流動通道構成；通過匹配可控制流通裝置內顆粒攔截器的孔隙或縫隙與被攔截顆粒的粒徑，顆粒攔截器會阻止被攔截顆粒進入可控制流通裝置的內部，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒也就不能進入可控制流通裝置內，而在可控制流通裝置及被攔截顆粒的外圍堆積，當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，通過可控制流通裝置的流量幾乎降為O，可控制流通裝置關閉。
7.如權利要求7所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:可控制流通裝置中的顆粒攔截器內部設置有攔截被攔截顆粒的裝置。
8.如權利要求8所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:攔截被攔截顆粒的裝置包含有起過濾作用的部件，如金屬網、縫板、繞絲套或預充填套。
9.如權利要求9所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:可控制流通裝置的流動通道為下列方式中的任種: (O由專門的流量調節裝置構成的控流裝置； (2)設置于基管上的一個或多個小孔，通過小孔的孔徑和數量來調節流量； (3)—個或多個具有一定深度和截面積的孔道，孔道的前部或者后部可組裝用于節流的小件，如噴嘴，孔板，擋板等。
10.如權利要求10所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:所述被攔截顆粒具有下列特征:(1)粒徑大小可以根據需要進行調整。
11.(2)密度:和充填攜帶液密度偏差在±0-0.5g/cm3以內；(3)顆粒外形:圓形或其它如:如纖維狀，羽毛狀，片狀等不規則形狀；(4)實心或空心。
12.如權利要求11所述的一種新的油氣井充填系統，其特征在于:被攔截顆粒的來源有下列任--種方式:(1)充填顆粒本身作為被攔截顆粒；(2)在充填顆粒中混有一定比例的專用被攔截顆粒，(3)適當時候，往充填攜帶液中加入一定量的專用被攔截顆粒。
13.如權利要求1-12之任一所述的新的油氣井充填系統的應用方法，其特征在于，應用該系統在整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
14.如權利要求13所述的應用方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)可控制流通裝置打開，形成充填顆粒砂床階段:由于一個可控制流通裝置的流量相當于單個控流過濾器的2倍以上，充填開始時，除了部分充填攜帶液通過控流過濾器進入井管串的管柱內，返回井口，還有一定量的充填流體被可控制流通裝置引導流向油氣井的最趾端，充填顆粒就會沿著油氣井鋪一個充填顆粒砂床，一直鋪到油氣井的最趾端的可控制流通裝置部位，從而整個油氣井中形成充填顆粒砂床； (2 )可控制流通裝置關閉階段:充填顆粒砂床形成后，可控制流通裝置的顆粒攔截器會攔截被攔截顆粒進入可控制流通裝置的內部，當被攔截顆粒擋住顆粒攔截器的孔隙或縫隙后、充填顆粒不能進入可控制流通裝置內，而在可控制流通裝置的外表面進行堆積，由于顆粒堆積會產生一定的滲流阻力，根據滲流力學的原理，隨著充填顆粒在可控制流通裝置的外圍堆積充填顆粒厚度的增加，滲流阻力增加，通過可控制流通裝置的流量就逐漸減小；當可控制流通裝置外表面的外部空間堆滿緊實的充填顆粒時，可控制流通裝置上幾乎沒有充填流體通過，可控制流通裝置關閉； (3)半滲封隔環完全建立階段:可控制流通裝置關閉后，充填顆粒在控流過濾器的流量攜帶下，從油氣井最趾端的可控制流通裝置部位開始沿著新的油氣井充填系統管串向最跟端依次填滿井筒中充填顆粒砂床未占據的空間，整個充填顆粒砂床的未占據的空間就全部填滿充填顆粒，從而在整個油氣井中形成致密且完整的半滲封隔環。
【文檔編號】E21B43/04GK103924950SQ201310013986
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月15日 優先權日:2013年1月15日
【發明者】裴柏林, 章誦梅, 馮國江 申請人:安東柏林石油科技（北京）有限公司